KR20100092020A - 동력발생장치 - Google Patents

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KR20100092020A
KR20100092020A KR1020107013148A KR20107013148A KR20100092020A KR 20100092020 A KR20100092020 A KR 20100092020A KR 1020107013148 A KR1020107013148 A KR 1020107013148A KR 20107013148 A KR20107013148 A KR 20107013148A KR 20100092020 A KR20100092020 A KR 20100092020A
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엘리멘털 에너지 테크널러지스 리미티드
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Abstract

본 발명은 동력발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체 흐름의 운동에너지를 이용하여 전기 발전을 하는 동력발생장치 조립체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 동력발생장치를 포함한 발전장치 설비에 관한 것이다.
본 발명의 하나는 유체 흐름으로부터의 운동에너지를 이용하여 전기 발전을 하는 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치는: 유입되는 유체 흐름을 맞이하는 머리부와, 상기 머리부와 떨어져 유체 흐름의 방향에서 맞이하는 꼬리부와, 상기 머리부와 상기 꼬리부 사이에 연장된 회전축을 포함하는 날개부로 구성되고, 또한 상기 날개부는 상기 회전축 주위에 나선형으로 구비된 날개와, 상기 날개에 연결된 적어도 하나 이상의 마운팅부(mounting formation)가 구비되고, 각 마운팅부는 그 회전축 주위에 날개부가 회전 가능토록 장착되고, 그래서 운용 시 동력발생장치 조립체를 통과하는 유체 흐름이 날개부와 상호작용으로 날개부를 회전 축 주위에서 회전토록 하며; 또한 몸체를 포함하되, 몸체는 유체 흐름이 몸체로 유입되는 머리부분과, 유체 흐름이 몸체를 빠져나가는 꼬리부분 및 상기 머리부분과 꼬리부분을 연장한 중간부분을 포함하여 구성되고, 상기 중간부분은 머리부분으로부터 꼬리부분으로 가면서 작아지는 형상으로 되며; 또한 적어도 하나의 1차 코일이 날개부와 연결되어, 날개부와 함께 회전하고, 상기 적어도 하나의 1차 코일은 동력이 공급되어 활성화되고, 날개부의 회전에 따라 전기 발전을 하는 적어도 하나의 정지 2차 코일과 상호 작용토록 된 것을 특징으로 한다.

Description

동력발생장치{A POWER GENERATOR}
본 발명은 동력발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체 흐름의 운동에너지를 이용하여 전기 발전을 하는 동력발생장치 조립체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 동력발생장치를 포함한 발전장치 설비에 관한 것이다. 본 발명은 수력발전에 특히 이점이 많을 것으로 기대된다. 그러나 이에 국한되는 것은 아니다.
물 및 바람과 같은 유체 흐름의 운동에너지는 바이오 연료, 화석 연료 등과 같이 전기 발전을 위한 대체 에너지로 알려져 있다. 바이오 연료나 화석 연료가 전기발전에 사용되면 유해연소 가스가 대기를 오염시키는 반면, 유체 흐름을 이용한 전기 발전은 환경에 부정적인 영향이 없다.
바람을 이용하는 풍력 발전 설비의 설치가 운용 비용이 저렴한 것으로 알려져 있지만, 상대적으로 설치 비용이 올라가고 있고, 발전 용량이 상대적으로 크지 못하다. 조력을 이용한 수력 발전설비를 설치하면 큰 발전 용량을 얻을 수 있다. 그러나 설치 비용이 너무 비싸고, 잦은 유지보수가 필요하며, 미사퇴적이나 부식 등의 문제로 신뢰하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점들을 현저히 극복하거나 또는 적어도 하나 이상의 문제를 개선하거나, 또는 적어도 유용한 대체 안을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나는 동력발생장치 조립체를 제공한다. 유체 흐름으로부터의 운동에너지를 이용하여 전기 발전을 하는 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치는: 유입되는 유체 흐름을 맞이하는 머리부와, 상기 머리부와 떨어져 유체 흐름의 방향에서 맞이하는 꼬리부와, 상기 머리부와 상기 꼬리부 사이에 연장된 회전축을 포함하는 날개부로 구성되고, 또한 상기 날개부는 상기 회전축 주위에 나선형으로 구비된 날개와, 상기 날개에 연결된 적어도 하나 이상의 마운팅부(mounting formation)가 구비되고, 각 마운팅부는 그 회전축 주위에 날개부가 회전 가능토록 장착되고, 그래서 운용 시 동력발생장치 조립체를 통과하는 유체 흐름이 날개부와 상호작용으로 날개부를 회전 축 주위에서 회전토록 하며; 또한 몸체를 포함하되, 몸체는 유체 흐름이 몸체로 유입되는 머리부분과, 유체 흐름이 몸체를 빠져나가는 꼬리부분 및 상기 머리부분과 꼬리부분을 연장한 중간부분을 포함하여 구성되고, 상기 중간부분은 머리부분으로부터 꼬리부분으로 가면서 작아지는 형상으로 되며; 또한 적어도 하나의 1차 코일이 날개부와 연결되어, 날개부와 함께 회전하고, 상기 적어도 하나의 1차 코일은 동력이 공급되어 활성화되고, 날개부의 회전에 따라 전기 발전을 하는 적어도 하나의 정지 2차 코일과 상호 작용토록 된 것을 특징으로 한다.
상기 동력발생장치는 바람직하게는 다수개의 1차 코일과, 날개의 끝 또는 그 인근에서 각 1차 코일과 연결된 것을 특징으로 하고, 또한, 일 형태로서, 상기 동력발생장치는 각 1차 코일과 전기적으로 연결되어, 각 1차 코일을 활성화하고, 각 1차 코일 둘레에 자기장을 유도하기 위한 전류 공급원이 포함된 것을 특징으로 하고, 또한 다른 형태로서, 상기 동력발생장치는 각 2차 코일과 전기적으로 연결되어, 각 2차 코일을 활성화하고, 각 1차 코일 둘레에 전류를 유도하는 자기장을 유도하기 위한, 전류 공급원이 포함된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 동력발생장치는 각 1차 코일이 활성화되면, 각 1차 코일과 자기적으로 소통(communicating) 하기 위한 적어도 하나의 정지 2차 코일이 더 포함된 것을 특징으로 하고, 또한 상기 동력발생장치에는, 바람직하게는 다수개의 상기2차 코일이 포함된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 두 번째 것으로서, 유체 흐름으로부터의 운동에너지를 이용하여 전기 발전을 하는 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치는, 유입되는 유체 흐름을 맞이하는 머리부와, 상기 머리부와 떨어져 유체 흐름의 방향에서 맞이하는 꼬리부와, 상기 머리부와 상기 꼬리부 사이에 연장된 회전축을 포함하는 날개부로 구성되고, 또한 상기 날개부는 상기 회전축 주위에 나선형으로 구비된 날개와, 상기 날개에 연결된 적어도 하나 이상의 마운팅부(mounting formation)가 구비되고, 각 마운팅부는 그 회전축 주위에 날개부가 회전 가능토록 장착되고, 그래서 운용 시 동력발생장치 조립체를 통과하는 유체 흐름이 날개부와의 상호작용으로 날개부를 회전 축 주위에서 회전토록 하며; 또한 몸체를 포함하되, 몸체는 유체 흐름이 몸체로 유입되는 머리부분과, 유체 흐름이 몸체를 빠져나가는 꼬리부분 및 상기 머리부분과 꼬리부분을 연장한 중간부분을 포함하여 구성되고, 상기 중간부분은 머리부분으로부터 꼬리부분으로 가면서 작아지는 형상으로 되며; 또한 적어도 하나의 영구자석이 날개와 연결되어, 날개와 함께 회전하고, 상기 적어도 하나의 영구자석은, 날개부의 회전에 따라 전기 발전을 하는 적어도 하나의 정지 2차 코일과 상호 작용토록 된 것을 특징으로 한다.
상기 날개부는, 바람직하게는 날개부의 머리부와 꼬리부 사이를 연장하는 샤프트를 포함하고, 동 샤프트는 날개부의 회전축을 형성하는 길이 방향의 축을 구비하고, 또한 상기 날개부는 샤프트 위에 방사상으로 장착된 것을 특징으로 하고, 또한 상기 동력발생장치는 샤프트에 드라이브 가능하게 연결(drivingly connectted)되는 것이 바람직하며, 또한 상기 날개부는 바람직하게는 샤프트 끝단 직전 (shy of the ends)에서 끝나, 각 샤프트의 단부에 제공되는 각 마운팅부와 결합됨으로써, 상기 샤프트 및 날개부는 사용상 회동 가능하게 장착 및 지지되는 것을 특징으로 하고, 또한 각 마운팅부는, 바람직하게는 샤프트에 장착된 베어링 요소를 포함하고, 동 베어링 요소는 지지체에 연결 적용되어 있어, 날개부가 지지체와의 관계에서 회전 가능토록 된 것을 특징으로 한다.
하나의 실시예로서, 상기 날개는 바람직하게는 다수개의 빔을 포함하고, 동 빔은 샤프트를 따라 나선형으로 길이 방향으로 간격이 떨어진 것을 특징으로 하고, 또한, 본 실시예에서 각 빔은 바람직하게는 샤프트에 장착되고, 샤프트의 회전축 둘레에서 회전 가능하고, 날개부 핏치의 조정이 가능토록 된 것을 특징으로 하며, 또한 본 실시예에서, 상기 날개는, 바람직하게는 각 쌍의 인접된 빔과 연결되고 그 길이를 따라 연장된 표피 또는 망을 더 포함하고, 따라서 날개는 각 빔의 핏치에 불구하고, 그 표면에서 방해 받지 않도록 된 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 상기 날개는 바람직하게는 하나 이상의 연속된 나선형 날개를 포함할 수 있고, 바람직하게는, 상기 날개는, 측면도로 보면, 머리부로부터 꼬리부로 점점 가늘어지는 테이퍼(taper) 형상으로 된 것을 특징으로 하며, 또한, 상기 동력발생장치 조립체는 날개부의 머리부와 꼬리부 사이에 연장되고 끝부분이 뚫린 길다란 몸체를 포함하고, 동 몸체는 날개부와 연결되고 날개부를 감싸고 있어, 사용 시 몸체가 날개부와 함께 회전토록 된 것을 특징으로 하고, 따라서 상기 몸체는 머리부와 꼬리부를 구비한 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 몸체는 날개부의 날개의 각 끝단에 연결되어 있고, 동 몸체와 각 날개의 연결은 유체가 스며들지 않는 연결 형태인 것을 특징으로 하고, 마찬가지로, 본 실시예에서 상기 날개는 다수개의 빔과 표피 또는 망을 포함하고, 각 표피 또는 망의 끝단은 바람직하게는 몸체에 연결되어 있는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는, 상기 표피 또는 망과 몸체 간의 연결은 유체가 스며들지 않는 연결 형태인 것을 특징으로 하고, 또한, 사용 시 상기 유체 흐름은 날개와의 상호 작용으로 동력발생장치 조립체를 회전시키고, 따라서 몸체의 머리부로 들어가서 몸체의 꼬리부를 통해서 나오는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 몸체는 얇은 벽체로 구성되고, 동 몸체의 머리부로부터 꼬리부 쪽 길이 방향을 따라서 축소되며, 동 축소는 날개부의 축소(tapering)와 상응하는 것을 특징으로 하고, 또한, 상기 몸체는 바람직하게는, 다수 부분 구조 또는 일체 주형 구조로 형성되고, 유체 흐름이 몸체로 흘러 들어오는 머리부분과, 유체 흐름이 몸체를 빠져 나가는 꼬리부분과, 상기 머리부분과 상기 꼬리부분을 연장하는 중간부분을 구비하고, 상기 중간부분은 머리부분으로부터 꼬리부분을 향해 가면서 줄어드는 형태로 된 것을 특징으로 하고, 또한 바람직하게는 상기 몸체의 머리부분은 중간부분을 향하면서 작아지고, 꼬리부분은 중간부분과 멀어지면서 커져, 몸체는 중간부분이 줄어들어 길다란 목이 형성된 벤투리관 형태로 구성된 것을 특징으로 하고, 또한, 바람직하게는 상기 몸체는 원형 단면 속성을 지니고, 몸체의 머리부분과 꼬리부분은 벨 마우스(bell mouth) 형상으로 된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 마운팅부는 바람직하게는 샤프트의 단부에 연결된 베어링 요소를 포함하고, 동 베어링 요소는 사용 시 고정된 지지체에 장착되어, 상기 동력발생장치 조립체가 지지체와의 관계 하에서 회전하는 것을 특징으로 하고, 또한 다른 변형 예로서, 상기 동력발생장치 조립체는 몸체 앞쪽에, 더욱 바람직하게는 몸체 머리부분 인근에 고정자를 포함하고, 또한 상기 고정자는 바람직하게는 핏치 조정이 가능한 하나 이상의 날개를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 더 다른 변형 예로서 상기 동력발생장치 조립체는 몸체 뒤쪽에, 더욱 바람직하게는 몸체 꼬리부분 인근에 슬롯화된 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하고, 한 형태로서, 상기 슬롯화된 배출부는 몸체와 연결되고, 몸체와 함께 회전하고, 다른 형태로서는, 상기 슬롯화된 배출부는 몸체와 연결되지 않고, 몸체와 함께 회전하지 않는다. 또한 하나의 실시예로서, 상기 슬롯화된 배출부는 다수개의 떨어져 있는 관 형태의 부분들로 구성된 것을 특징으로 하고, 또한 상기 슬롯화된 배출부는 단일 구조이고, 그 속에 나선형 슬롯이 구비된 것을 특징으로 하며, 또한, 더욱 바람직하게는 상기 슬롯화된 배출부는 몸체로부터 멀어지면서 그 직경이 커지는 것을 특징으로 하고, 또한, 상기 동력발생장치 조립체는 슬롯화된 배출부의 축 길이를 변화시키는 드라이브 수단을 포함하고, 또한 상기 동력발생장치 조립체는 슬롯화된 배출부의 축 길이 및 방사상의 폭을 변화시키는 드라이브 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 것으로서, 유체 흐름으로부터의 운동에너지를 이용하여 전기 발전을 하는 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치는, 유입되는 유체 흐름을 맞이하는 머리부와, 상기 머리부와 떨어져 유체 흐름의 방향에서 맞이하는 꼬리부와, 상기 머리부와 상기 꼬리부 사이에 연장된 회전축을 포함하는 날개부로 구성되고, 또한 상기 날개부는 상기 회전축의 길이를 따라 떨어져서 다수 구비된 날개와, 상기 날개에 연결된 적어도 하나 이상의 마운팅부(mounting formation)가 구비되고, 각 마운팅부는 그 회전축 주위에 날개부가 회전 가능토록 장착되고, 그래서 운용 시 동력발생장치 조립체를 통과하는 유체 흐름이 날개부와 상호작용으로 날개부를 회전 축 주위에서 회전토록 하며; 또한 몸체를 포함하되, 몸체는 유체 흐름이 몸체로 유입되는 머리부분과, 유체 흐름이 몸체를 빠져나가는 꼬리부분 및 상기 머리부분과 꼬리부분을 연장한 중간부분을 포함하여 구성되고, 상기 중간부분은 머리부분으로부터 꼬리부분으로 가면서 작아지는 형상으로 되며; 또한 적어도 하나의 1차 코일이 날개부와 연결되어, 날개부와 함께 회전하고, 상기 1차 코일은 사용 시 날개부의 회전에 따라 전기 발전을 하는 적어도 하나의 정지 2차 코일과 상호 작용토록 된 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 본 발명의 동력발생장치가 복수의 날개를 포함할 때, 본 발명의 실시예에 따른 동력발생장치의 구성요소의 특징들은 앞에서 본 발명의 특징으로 기술한 것들과 유사하다.
추가적인 특징으로서, 본 발명은 발전장치 설비를 제공한다. 본 발명에서의 상기 발전장치 설비는:, 적어도 하나의 2차 코일과; 그리고 동력발생장치가 장착되는 지지체를 포함하되, 동력발생장치는 날개의 각 마운팅부에 의하여, 날개가 그 회전축 주위에서 회전하기 위한 지지체 위에 장착되고, 동력발생장치의 각 2차 코일은 마운팅부 위에 장착되는 것을 특징으로 한다.
조류 또는 해류를 이용한 발전의 경우, 상기 동력발생장치는 바다에 잠기도록 설치되며, 강물의 흐름을 이용하는 경우에는, 상기 동력발생장치는 강 또는 유체흐름 속에 잠기도록 설치되고, 바람을 이용하는 발전인 경우에는 상기 동력발생장치는 개방된 공간에 위치하고, 바람이 불 때 공기의 흐름에 노출되도록 설치된다.
하나의 실시예로서, 상기 지지체는 유연한 요소(flexible elements)의 네트워크, 예를 들면, 체인 또는 케이블을 포함한다. 또한 상기 유연한 요소(flexible elements)의 네트워크는 몸체의 유입 측 끝 단이 유체 흐름의 방향과 반대로 정열 되도록 할 수 있고, 바람직하게는 상기 동력발생장치가 유체 흐름의 방향에 맞추어 스스로 정열하도록 하는 것이 좋다. 본 발명의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 유연한 요소(flexible elements)의 네트워크는 동력발생장치가 풍향 측정용 바람자루처럼 그 위에 장착되도록 할 수 있고, 또한, 다른 실시예로서, 상기 지지체는 고형 요소(rigid elements)의 네트워크를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 것으로서, 본 발명은 유체를 배출하기 위하여 밀어내거나(추진) 또는 퍼내는(펌핑) 장치를 제공한다. 본 발명에서 상기 추진 또는 펌핑 장치는: 유입되는 유체 흐름을 맞이하는 머리부와, 상기 머리부와 떨어져 유체 흐름의 방향에서 맞이하는 꼬리부와, 상기 머리부와 상기 꼬리부 사이에 연장된 회전축을 포함하는 날개부로 구성되고, 또한 상기 날개부는 상기 회전축 주위에 나선형으로 구비된 날개와, 상기 날개에 연결된 적어도 하나 이상의 마운팅부(mounting formation)가 구비되고, 각 마운팅부는 그 회전축 주위에 날개부가 회전 가능토록 장착되고, 그래서 운용 시 동력발생장치 조립체를 통과하는 유체 흐름이 날개부와 상호작용으로 날개부를 회전 축 주위에서 회전토록 하며; 또한 몸체를 포함하되, 몸체는 유체 흐름이 몸체로 유입되는 머리부분과, 유체 흐름이 몸체를 빠져나가는 꼬리부분 및 상기 머리부분과 꼬리부분을 연장한 중간부분을 포함하여 구성되고, 상기 중간부분은 머리부분으로부터 꼬리부분으로 가면서 작아지는 형상으로 되며; 또한 적어도 하나의 1차 코일이 날개부와 연결되어, 날개부와 함께 회전하고, 상기 적어도 하나의 1차 코일은, 사용 시 적어도 하나의 정지 2차 코일에 가해진 전력에 반응하여 날개부를 회전시키는 상기 적어도 하나의 정지 2차 코일과 상호 작용토록 된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 유해연소 가스로 인한 대기 오염의 우려없이 자연 속에 흔히 존재하는 물, 바람 등 유체 흐름을 이용하여 친 환경적인 전기 발전이 가능하다. 또한 저렴한 설치, 운용 비용으로 큰 발전 용량을 얻을 수 있다. 또한, 설치가 간편하고, 유지보수가 간단하며, 또한 동력발생장치에 대한 미사퇴적이나 부식 등의 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 동력발생장치의 제1실시예의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 동력발생장치의 제2실시예의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 동력발생장치의 제3실시예의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 동력발생장치의 제4실시예의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 동력발생장치의 제5실시예의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 동력발생장치의 제6실시예의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 동력발생장치의 제7실시예의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 동력발생장치의 제8실시예의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 동력발생장치의 제9실시예의 단면도이다.
도 1은 유체흐름(12)의 운동 에너지에 의하여 동작되는 동력발생장치 조립체(10a)의 제1 실시예를 도면으로 나타낸 것이다. 여기서 유체 흐름은 전기를 생성할 수 있는 조류, 해류, 하천류 및 풍력 등이다.
상기 동력발생장치 조립체(10a)는 진입하는 유체흐름(12)를 받아들이는 머리부(16) 와, 유체흐름(12)의 흐름 방향을 향하고 머리부(16) 과는 떨어져 있는 꼬리부(18)를 구비한 날개부(14)를 포함하고 있다. 날개부(14) 에는 머리부(16) 와 꼬리부(18) 사이를 연결하는 회전축(20)이 설치되어 있다.
날개부(14)는 머리부 베어링(26) 과 꼬리부 베어링(28)에 의하여 지지되는 샤프트 (24)에 탑재된 형태를 포함한다. 지지 케이블 (36, 38)은 베어링 (26, 28)에 각각 결합되어 동력발생장치 조립체(10a)를 일정한 장소에 위치시키고, 동력발생장치 조립체 (10a)가 유체흐름(12)속에서 흔들리는 것을 방지한다.
날개부(14)는 복수의 날개 구조를 형성하고 있으며, 본 발명에서는 한 쌍으로, 등각으로 거리를 띄운 나선형 날개(44)이다. 몸체(50)는 일반적으로 원뿔의 꼭지를 잘라낸 원추대(frusto-conical) 형태이다. 더 많은 수의 등각으로 거리를 띄운 나선형 날개 (예: 3, 4 또는 5 등)도 사용될 수 있다.
나선형 날개(44)는 머리부(16)로부터 꼬리부(18)쪽으로 몸체(50)의 내부 치수를 따라 샤프트(24)의 둘레를 감아 내려가면서 그 직경이 감소된다. 나선형 날개(44)의 먼 쪽의 끝단부는 몸체(50)의 내측 표면에 결합된다. 따라서, 실제 사용 시에 몸체(50)는 그 앞에서 소용돌이를 일으키는 나선형 날개(44)와 함께 회전한다.
몸체(50)는 여러 개 부분으로 구성된다. 머리부분(50a)를 통하여 유체 흐름(12)이 몸체(50)로 들어가고, 꼬리부분(50b)를 통하여 유체 흐름(12)가 몸체(50)를 빠져 나간다. 중간부분(50c)은 머리부분(50a)과 꼬리부분(50b)을 연결한다. 중간부분(50c) 또한 머리부분(50a) 으로부터 꼬리부분(50b)을 향하여 갈수록 직경이 줄어든다. 몸체(50)의 머리부분(50a) 또한 중간부분(50c)를 향하면서 작아지고, 꼬리부분 (50b)은 중간부분(50c)에서 멀어지면서 커진다. 따라서 몸체(50)는 중간부분(50c)이 줄어들어 길다란 목이 형성된 벤투리관 형태를 가지게 된다.
몸체(50)는 전체 길이의 어느 곳에 있어서나 원형의 단면을 갖는 구조이다. 벤투리관 형태로 형성된 몸체 머리부분(50a)은, 날개부(14) 뒤에 저압(low pressure) 영역을 생성하게 되고, 이는 유체흐름이 몸체(50)를 통하여 훨씬 자유롭게 통과하도록 하는 이점을 제공한다. .
또한, 몸체(50)는 나선형 날개(44)에 부착되어 있기 때문에, 몸체(50)는 나선형 날개(44)와 함께 회전하고, 몸체(50)의 회전 동작은 몸체(50)의 앞부분에서 소용돌이를 유발한다. 이러한 소용돌이는 (자연에서 발견되는 것과 같은) 와류의 모델을 생성시키면서, 유체가 다른 곳으로 통과하지 않고 추가적으로 날개부(14)로 빨려 들게 하는 효과를 가져온다. 몸체(50)는 또한 강도를 높이기 위하여 단일 주조물 구조로 만들어 질 수 있다.
동력발생장치 조립체 (10a)는 고정자(100; stator)을 포함하고 있다. 일련의 1차 코일(52)이 몸체의 머리부분(50a) 속에 통합되어서, 그 범위 속에 감겨져 있다. 일련의 2차 코일(54a) 과 2차 전력코일 (54b)이 고정자(100) 속에 통합되어 있다.
사용에 있어, 날개부(14)는 나선형 날개(44)에 에너지를 전달하는 유체 흐름 (12) 속에 장착되어 있다. 유체 흐름 (12)이 나선형 날개(44)에 힘을 가하면, 나선형 날개(44)는 회전력 또는 토크를 샤프트 (24)에 전달, 작용한다.
작은 여기 전류(55)가 2차 코일 (54a)에 가해지면, 1차 코일(52)에 전류를 유도하는 자기장(56)이 생성된다. 그러면 1차 코일(52)은 자기장(57)을 생성하고, 1차 코일(52)의 회전 동작과 함께, 2차 전력코일 (54b) 내부에 큰 전류를 유도한다. 2차 전력코일 (54b)은 발전 장치(58)에 연결되어 있다.
다른 대체 안으로는, 1차 코일(52)을 영구자석으로 대체할 수 있는데, 영구자석은 자기장(57)을 생성하고, 발전 장치(58)를 위한 2차 전력코일 (54b)에서의 전류를 유도한다. 이러한 구성에서는, 2차 코일(54a) 및 여기 전류(55)는 필요하지 않다.
또 다른 대체 안으로는, 여기 전류(55)를 1차 코일(52)에 적용할 수 있다. 이러한 구성에서는, 2차 코일(54a) 및 자기장 (56)은 필요하지 않다.
지지 케이블 (36, 38)은 바다 속에 설치된 적절한 지지 구조물에 연결된다. 대체 안으로 다리에 연결될 수도 있고, 바다 입구 등 한정된 지역에 설치된 케이블이나 지지체에 연결될 수도 있다.
베어링 (26, 28)과 지지 케이블 (36, 38)을 대체하는 방안이, 다른 어플리케이션(application)의 적용을 위하여 보다 더 적합할 수 있다. 예를 들면, 다른 실시예(제시 안함)에서는, 베어링(26)에 제거되고 베어링(28)이 샤프트 (24)의 축 방향 및 방사상 방향 양쪽의 힘을 지지하는 싱글 베어링이 될 수 있다. 또한 지지 케이블(38)이 제거되고, 동력발생장치 조립체 (10a)가 지지 케이블 (36) 만으로 지지되면서 마치 풍향 측정용 바람 자루처럼 유체의 흐름에 맞는 최적의 자체 정열이 이루어 지도록 할 수 있다. 동력발생장치 조립체 (10a)가 중립적으로 떠 있으면서 조류의 밀물 또는 썰물 여하에 따라 방향을 바꾸기도 하고 적절히 스윙(swing) 하도록 할 수 있다.
또 다른 대체 안으로서, 다른 주파수의 전류가 2차 코일(54a)에 가해질 수 있고, 이 2차 코일이 자기장을 생성하고 1차 코일(52)에 전류를 유도한다. 이러한 유도전류는 자기장을 생성하고 2차 코일(54a)로부터의 자기장과 상호 작용하면서 회전운동을 만들어낸다. 이 회전운동은 차례로 나선형 날개(44)의 회전 운동을 생성하고, 둘러싸고 있는 유체 속에서 물체를 추진시키거나 유체를 퍼낼 수 있는 추진 동력을 제공한다. 2차 코일(54a)에 가해진 전류의 주파수는 동력발생장치 조립체 (10a)가 회생 제동장치 (regenerative brake)로서 기능하도록 하여 기후 조건이 나쁜 경우에는 동력발생장치 조립체 (10a)의 가동을 늦추거나 정지시키는데 유용하다.
도 2는 동력발생장치 조립체(10b)의 제2 실시예를 보여준다. 동력발생장치 조립체(10b)는 구조 및 운영 면에서 도 1에 나타난 것과 유사하다. 따라서 제1 실시예를 설명하기 위하여 사용된 도면 부호와 같은 것은 도 2에서도 동일 유사한 구성 부분을 가리킨다.
동력발생장치 조립체(10b)에서, 날개부(14)는 샤프트 (24) 둘레를 나선 구조로 감도록 생성된 일련의 나선형 날개(44)를 포함하고 있다. 1차 코일(52)이 나선형 날개(44)와 통합되어 있고, 나선형 날개(44)의 끝 둘레에 감겨져 있다. 1차 코일(52)은 2차 코일(54a) 및 2차 전력코일 (54b)과 자기적 커뮤니케이션 (magnetic communication) 상태에 있다..
화살표(12)로 표현된 유체 흐름이 동력발생장치 조립체(10b)로 들어가서 그 에너지가 나선형 날개(44)에 전달된다. 유체 흐름(12)의 힘이 나선형 날개(44)에 미치게 되면, 나선형 날개(44)는 회전력 또는 토크가 샤프트 (24)에 미치도록 작용한다. 나선형 날개(44)는 유체 흐름(12)가 샤프트 (24)에 대하여 방사상으로 안쪽으로 향하도록 설계할 수 있다. 그래서 가능한 한 최소한의 유체만이, 2차 코일(54a) 및 2차 전력코일 (54b)에 의하여 한정된 바에 따라 동력발생장치 조립체(10b)의 영역을 벗어날 수 있도록 허용한다.
작은 여기 전류(55)가 2차 코일 (54a)에 가해지면, 1차 코일(52)에 전류를 유도하는 자기장(56)이 생성된다. 그러면 1차 코일(52)은 자기장(57)을 생성하고, 1차 코일(52)의 회전 동작과 함께, 2차 전력코일 (54b) 내부에 큰 전류를 유도한다. 2차 전력코일 (54b)은 발전 장치(58)에 연결되어 있다.
도 3은 동력발생장치 조립체(10c)의 제3 실시예를 보여준다. 동력발생장치 조립체(10c)는 구조 및 운영 면에서 도 1 및 도 2에 나타난 것과 유사하다. 따라서 제1 및 제2실시예를 설명하기 위하여 사용된 도면 부호와 같은 것은 도 3에서도 동일 유사한 구성 부분을 가리킨다.
동력발생장치 조립체(10c)에서, 날개부(14)는 회전축(20)에 대해서 일반적으로 나선 형상으로 되고 일련의 독립된 빔(22)의 형태로 구비된 날개 구조를 가진다. 빔(22)은 샤프트 (24)에 연결되고, 축(20)에서 회전 가능토록 서로 충분한 거리를 띄운다. 빔(22)은 샤프트 (24)의 머리부(16)에서 플란지(flange; 도시 안함)를 통해서 고정된다. 또한 꼬리부(18)에는, 샤프트 (24)에 나사산이 형성되어 있고 여기에 너트(도시 안함)가 샤프트 (24)를 따라서 조여지면서 빔(22)을 잠가 고정한다. 선택적으로, 표피 또는 망(skin or web; 40)을 빔(22) 둘레에 감을 수 있다. 표피 또는 망(40)은 빔(22)의 피치(pitch) 변화에 따라 확장하거나 축소할 수 있다.
각 빔(22)의 길이는, 몸체(50)의 중간부분(50c)에 의하여 정의된 일반적으로 원뿔의 꼭지를 잘라낸 원추대(frusto-conical)의 범위에서 머리부(16)로부터 꼬리부(18)를 향하여 샤프트 (24) 둘레를 감아 내려가면서 감소한다. 몸체는 도 1에서 동력발생장치 조립체(10a)에 대하여 기술한 것과 유사하다. 사용에 있어, 날개부(14)는 표피 또는 망(40)과 빔(22)에 에너지를 전달하는 유체 흐름 (12) 속에 장착되어 있다. 유체 흐름 (12)이 빔(22)에 힘을 가하면, 빔(22)는 회전력 또는 토크를 샤프트 (24)에 전달, 작용한다.
빔(22)은 최소의 유체만이 몸체(50)를 벗어나도록 유체 흐름(12)이 샤프트 (24)에 대하여 방사상으로 안쪽으로 향하도록 설계될 수 있다. 이를 위하여, 빔(22)은, 축(20) 방향에서 볼 때, 꼬여져 있으며 끝 부분에서 안쪽 (회전 방향에 있어서) 으로 급한 커브가 형성되어, 마치 유체 흐름이 축(20)을 향하도록 하는 '컵'과 같은 작용을 하도록 구성된다.
유체 흐름 (12)이 날개부(14)를 통해 흘러가면서 흐름의 단면이 작아지면서 그 압력 또한 작아진다. 압력이 작아짐에 따라, 유속이 증가 하면서 최대의 에너지가 유체 흐름 (12)에서 빔(22)으로 전달된다. 그 결과, 동력발생장치 조립체(10a)는 통상 통상 제로 헤드프리(zero head free)흐름보다는 중간 헤드(medium head)흐름과 연관된 반동 터빈 (reaction turbine)과 같은 역할을 한다. 유체 흐름 (12)의 속도가 변함에 따라, 빔(22)의 회전적 정열 (즉, 핏치)도 동력발생장치 조립체 (10)가 최대의 효율 및 성과로 운영될 수 있도록 하기 위하여 변경될 수 있다. 이는 터빈 효율과 전력 생산이 특정 범위의 유체 속도에서 현저히 증가하도록 하는 이점을 제공한다.
빔(22)은 그 끝단에 1차 코일(52)을 포함하며 이는 도 2에서 동력발생장치 조립체(10b)에 대하여 기술한 것과 유사하다. 2차 코일(54a) 및2차 전력코일 (54b) 또한 도 2의 동력발생장치 조립체(10b)와 관련하여 기술한 바와 유사하고, 몸체(50)의 바깥쪽에 위치하고 있다. 유체 흐름이 동력발생장치 조립체(10c)로 들어가서 그 에너지가 표피 및 망(40)과 빔(22) 에 전달된다. 유체 흐름(12)의 힘이 빔(22) 에 미치게 되면, 빔(22)은 회전력 또는 토크가 샤프트 (24)에 미치도록 작용한다.
작은 여기 전류(55)가 2차 코일 (54a)에 가해지면, 1차 코일(52)에 전류를 유도하는 자기장(56)이 생성된다. 그러면 1차 코일(52)은 자기장(57)을 생성하고, 1차 코일(52)의 회전 동작과 함께, 2차 전력코일 (54b) 내부에 큰 전류를 유도한다. 2차 전력코일 (54b)은 발전 장치(58)에 연결되어 있다.
동력발생장치 조립체(10c)에 있어, 몸체(50)는 또한 몸체 머리부분(50a)의 선단부에 설치된 베인(90)을 포함하고 있으며, 이것이 몸체(50)의 앞부분에 유도되는 소용돌이가 더욱 증가되도록 한다. 이 소용돌이는 날개부(14)의 머리부(16) 입구쪽에서의 빔(22) 끝단부의 증가된 속도에 의하여 몸체(50)의 머리부(16)에서 흡착 압력을 생성하는데 더욱 도움을 받는다. 몸체(50) 내측에서의 감소된 압력; 몸체(50) 뒤쪽의 감소된 압력; 날개부(14) 앞쪽에서 소용돌이를 유도하는 회전하는 몸체(50); 날개부(14) 앞쪽에서 소용돌이를 유도하는 유동 베인(90); 및 날개부(14) 앞쪽에서 보다 많은 유체가 다른 곳을 가지 않고 날개부(14)로 흡입되도록 하는 날개들의 작은 핏치(smaller pitch)의 조합은 날개부(14)를 통과하는 유체를 증가시키고, 이는 또한 동력발생장치 조립체(10c)의 발전량을 현저히 증가시킨다.
도 4는 동력발생장치 조립체(10d)의 제4 실시예를 보여준다. 상술한 실시예에서와 유사한 구성 부분을 설명하기 위하여는 역시 같은 참조 부호가 사용된다.
동력발생장치 조립체(1Od)에 있어, 나선형 날개(44)는 도 1의 동력발생장치 조립체 (10a)에 관하여 기술한 바와 유사하다. 1차 코일(52)이 몸체 머리부분(50a) 속에 통합되어 있는 점 또한 도 1의 동력발생장치 조립체(10a)에 관하여 기술한 바와 유사하다. 1차 코일(52)은 2차 코일(54a)과 자기 커뮤니케이션(magnetic communication) 가능한 관계에 있고, 2차 전력코일(54b)은 고정자(100) 속에 통합되어 있다.
몸체(50)는 나선형 날개(44)와 함께 회전하고 자기 베어링(60)의 반쪽 (half-set)을 감싸고 있다. 자기 베어링(60)의 반쪽은 반대쪽 자기 베어링(62)의 반쪽과 자기 커뮤니케이션 관계에 있다. 자기 베어링(60)과 자기 베어링(62)는 서로 상대를 밀쳐내는 역할을 함으로서 몸체(50), 나선형 날개(44) 및 1차 코일(52)이 회전할 수 있도록 한다. 폭이 점점 가늘어 지는 테이퍼 형상(tapered shape)의 자기 베어링(60, 62)은 또한 드러스트 베어링(thrust bearing) 역할을 하고, 회전 축(20)을 따라 힘이 머리부(16)를 향하여 작용토록 함으로써 나선형 날개(44)에 작용하는 인장력(drag force)에 저항하여 반응한다. 자기 베어링(60, 62)은 지지체(64)에 의하여 고정자(100)에 단단히 고정된다.
유체 흐름이 동력발생장치 조립체(10c)로 들어가서 그 에너지가 나선형 날개(44)에 전달된다. 유체 흐름(12)의 힘이 나선형 날개(44)에 미치게 되면, 나선형 날개(44)는 회전력 또는 토크가 샤프트 (24)에 미치도록 작용한다. 작은 여기 전류(55)가 2차 코일 (54a)에 가해지면, 1차 코일(52)에 전류를 유도하는 자기장(56)이 생성된다. 그러면 1차 코일(52)은 자기장(57)을 생성하고, 1차 코일(52)의 회전 동작과 함께, 2차 전력코일 (54b) 내부에 큰 전류를 유도한다. 2차 전력코일 (54b)은 발전 장치(58)에 연결되어 있다.
동력발생장치 조립체(1Od)는 지지 케이블(36, 38)에 의하여 유체 흐름 속에 고정된다. 지지 케이블 (36, 38)은 바다 속에 설치된 적절한 지지 구조물에 연결된다. 대체 안으로 다리에 연결될 수도 있고, 바다 입구 등 한정된 지역에 설치된 케이블이나 지지체에 연결될 수도 있다.
지지 케이블 (36, 38)을 대체하는 방안이, 다른 어플리케이션(application)의 적용을 위하여 보다 더 적합할 수 있다. 예를 들면, 출구 측 지지 케이블(38)이 제거되고, 동력발생장치 조립체 (10d)가 지지 케이블 (36) 만으로 지지되면서 마치 풍향 측정용 바람 자루처럼 유체의 흐름에 맞는 최적의 자체 정열이 이루어 지도록 할 수 있다. 동력발생장치 조립체 (10d)가 중립적으로 떠 있으면서 조류의 밀물 또는 썰물 여하에 따라 방향을 바꾸기도 하고 적절히 스윙(swing) 하도록 할 수 있다.
도 5는 동력발생장치 조립체(10e)의 제5 실시예를 보여준다. 상술한 실시예에서와 유사한 구성 부분을 설명하기 위하여는 역시 같은 참조 부호가 사용된다.
동력발생장치 조립체(1Oe)는 그 구성 및 운영에 있어 도 1의 동력발생장치 조립체 (10a)에 관하여 기술한 바와 유사하다. 1차 코일(52)이 몸체 머리부분(50a) 속에 통합되어 있는 점 또한 도 1의 동력발생장치 조립체(10a)에 관하여 기술한 바와 유사하나, 다만 1차 코일(52)과 2차 코일(54a) 및 2차 전력코일(54b)이 축 방향으로 떨어져 있지 않고 방사상 방향으로 떨어져 있으면서, 2차 코일(54a) 과 2차 전력코일 (54b)이 1차 코일(52)의 바깥쪽에 위치한다는 것이다.
이러한 구성에서, 동력발생장치 조립체(10d)는 디스크 동력발생장치(disc generator)가 아닌 링 동력발생장치(ring generator)에 가까운 역할을 할 수 있고, 이는 코일을 통합할 수 있는 보다 넓은 공간을 제공한다. 대체 안으로서, 2차 코일(54a) 및 2차 전력코일 (54b)이 1차 코일(52)의 안쪽에 위치하도록 할 수도 있다.
도 6은 동력발생장치 조립체(10f)의 제6 실시예를 보여준다. 상술한 실시예에서와 유사한 구성 부분을 설명하기 위하여는 역시 같은 참조 부호가 사용된다. 동력발생장치 조립체(1Of)에 있어, 샤프트 (24)는 중공으로 되고, 그 속에 경(硬)구조 빔(72) 둘레를 싸고 있는 테이퍼 형상의 롤라 베어링(70; tapered roller bearing)이 들어 있다. 빔(72)은 고정자(100) (또는 다른 정착 구조물)에 고정되어 있다. 베어링(70)은 샤프트 (24) 및 나선형 날개(44)가 빔(72)과의 관계하에서 회전토록 하는 동시에 또한 동력발생장치 조립체(10f)에서 축방향 추력(axial thrust; 軸方向 推力) 또는 인장력과 반응하도록 한다.
나선형 날개(44)는 도 1의 동력발생장치 조립체 (10a)에 관하여 기술한 바와 유사하다. 1차 코일(52)이 몸체 머리부분(50a) 속에 통합되어 있고, 도 1의 동력발생장치 조립체(10a)에 관하여 기술한 바와 유사하게 2차 코일(54a)과 2차 전력코일(54b)은 고정자(100) 속에 통합되어 있다.
동력발생장치 조립체(10f)는 또한 몸체(50)의 출구쪽 (즉, 꼬리부분 50b)에 형성된 슬롯화된 배출부(102; 슬롯화된 배출부)를 포함한다. 슬롯화된 배출부(102)는 몸체(50)와 연결되어 있고, 그래서 몸체(50)와 함께 회전한다. 슬롯화된 배출부(102)의 이격부(106) 사이의 갭(104)은 동력발생장치 조립체(10e)의 외부 둘레를 흐르는 유체가, 화살표(108)로 표시한 것처럼, 효과적으로 몸체를 떠나는 유체 흐름 속으로 부딪쳐 주사(inject) 되도록 한다. 이 추가적인 유체흐름(108)은 청소효과(scavenging effect)를 유발하고 또한 몸체를 떠나는 유체의 에너지를 증가시켜서, 몸체(50)의 내부를 통과하는 유체 흐름이 더욱 많아지도록 하고, 그래서 동력발생장치 조립체(10e)의 효율과 전력 생산량을 개선한다
화살표로 표시된 유체 흐름 (12)이 동력발생장치 조립체(10b)로 들어가서 나선형 날개(44)에 힘을 가한다. 유체 흐름(12)이 나선형 날개(44)에 힘을 가하면, 나선형 날개(44)는 회전력 또는 토크를 샤프트 (24)에 전달, 작용한다.
작은 여기 전류(55)가 2차 코일 (54a)에 가해지면, 1차 코일(52)에 전류를 유도하는 자기장(56)이 생성된다. 그러면 1차 코일(52)은 자기장(57)을 생성하고, 1차 코일(52)의 회전 동작과 함께, 2차 전력코일 (54b) 내부에 큰 전류를 유도한다. 2차 전력코일 (54b)은 발전 장치(58)에 연결되어 있다.
다른 대체 안으로는, 1차 코일(52)을 영구자석으로 대체할 수 있는데, 영구자석은 자기장(57)을 생성하고, 발전 장치(58)를 위한 2차 전력코일 (54b)에서의 전류를 유도한다. 이러한 구성에서는, 2차 코일(54a) 및 여기 전류(55)는 필요하지 않다.
지지 케이블 (36, 38)은 바다 속에 설치된 적절한 지지 구조물에 연결된다. 대체 안으로 다리에 연결될 수도 있고, 바다 입구 등 한정된 지역에 설치된 케이블이나 지지체에 연결될 수도 있다.
지지 케이블 (36, 38)을 대체하는 방안이, 다른 어플리케이션(application)의 적용을 위하여 보다 더 적합할 수 있다. 예를 들면, 지지 케이블(38)이 제거되고, 동력발생장치 조립체 (10f)가 지지 케이블 (36) 만으로 지지되면서 마치 풍향 측정용 바람 자루처럼 유체의 흐름에 맞는 최적의 자체 정열이 이루어 지도록 할 수 있다. 동력발생장치 조립체 (10d)가 중립적으로 떠 있으면서 조류의 밀물 또는 썰물 여하에 따라 방향을 바꾸기도 하고 적절히 스윙(swing) 하도록 할 수 있다.
또 다른 대체 안으로서, 다른 주파수의 전류가 2차 전력 코일(54b)에 가해질 수 있고, 이 2차 전력 코일이 자기장을 생성하고 1차 코일(52)에 전류를 유도한다. 이러한 유도전류는 자기장을 생성하고 2차 코일(54a)로부터의 자기장과 상호 작용하면서 회전운동을 만들어낸다. 이 회전운동은 차례로 나선형 날개(44)의 회전 운동을 생성하고, 둘러싸고 있는 유체 속에서 물체를 추진시키거나 유체를 퍼낼 수 있는 추진 동력을 제공한다. 2차 전력 코일(54b)에 가해진 전류의 주파수는 터빈이 회생 제동장치 (regenerative brake)로서 기능하도록 하여 기후 조건이 나쁜 경우에는 터빈의 가동을 늦추거나 정지시키는데 유용하다.
도 7은 동력발생장치 조립체(10g)의 제7 실시예를 보여준다. 상술한 실시예에서와 유사한 구성 부분을 설명하기 위하여는 역시 같은 참조 부호가 사용된다. 동력발생장치 조립체(1Og)는 그 구조 및 운영에 있어 도 6에 나타나 있는 동력발생장치 조립체(10f)와 유사하다. 슬롯화된 배출부(102)는 몸체(50)와 연결되어 있고, 그래서 몸체(50)와 함께 회전한다. 다만, 동력발생장치 조립체(10f)에 있어, 슬롯화된 배출부(102)는 이격부(106) 사이의 갭(104)을 형성하는 하나의 나사 슬롯(single helical slot)과 일체화된 구조로 되어 있다. 슬롯화된 배출부(102)의 길이는 슬롯 갭(104)의 변경으로 조절할 수 있고, 이로써 유체 주입 및 전력 생산량을 변화시킬 수 있다는 것을 주목해야 한다. 상기 배출부의 길이를 변경함으로써, 슬롯(22)의 폭을 바꾸고, 전력 생산량을 조절할 수 있다.
드라이브 장치(drive device)가, 수압펌프(80; hydraulic ram)의 형태로 구조 빔(72; structural beam)에 연결되어 있다. 드라이브 장치는 대체 안으로서 웜기어(worm gear) 형태일 수 있다. 유압실린더(82; hydraulic cylinder)가 수압펌프(80)의 끝단에 연결되어, 수압펌프(80)를 늘이거나 또는 줄이는데 사용된다. 수압펌프(80)의 다른 끝단은, 지지체(84) 및 회전축(86)을 경유하여, 배출링(108)의 최대한 바깥쪽으로 연결된다. 수압펌프(80)를 늘이면, 회전축(86), 지지체(84) 및 (끝단) 배출링(108)에 힘이 가해지고, 그래서, 슬롯화된 배출부(102)의 길이가 길어 진다. (그리고 직경은 작아진다) 슬롯화된 배출부(102)를 줄이려면(넓히려면), 수압펌프(80)를 이용하여 반대의 힘이 주어진다.
예를 들면, 동력발생장치 조립체(10f)는 느린 유속에서는 길다란 슬롯화된 배출부(102)를 설치함으로써 더 많은 물을 끌어들여 전력 생산량을 증가시킬 수 있다. 빠른 유속에서는, 짧은 슬롯화된 배출부(102)가 사용된다. 나선형의 슬롯화된 배출부(102)는 알루미늄과 같은 탄성 소재로 구성함으로써, 강력한 유체 흐름의 힘이 그에 가해짐에 따라 그 형상이 변화될 수 있도록 한다.
도 8은 동력발생장치 조립체(10h)의 제8 실시예를 보여준다. 상술한 실시예에서와 유사한 구성 부분을 설명하기 위하여는 역시 같은 참조 부호가 사용된다. 동력발생장치 조립체(1Og)는 그 구조 및 운영에 있어 도 7에 나타나 있는 동력발생장치 조립체(10g)와 유사하다.
다만, 동력발생장치 조립체(10h)에 있어, 슬롯화된 배출부(102)는 몸체(50)와 연결되어 있지 않고, 그래서 몸체(50)와 함께 회전하지 않는다. 슬롯화된 배출부(102)는 대신 구조빔(72)의 연장부(72')에, 지지체(84)를 거쳐 연결되어 있고, 따라서 몸체(50)가 회전하는 동안 정지 상태로 남는다.
도 9는 동력발생장치 조립체(10i)의 제9 실시예를 보여준다. 상술한 실시예에서와 유사한 구성 부분을 설명하기 위하여는 역시 같은 참조 부호가 사용된다. 동력발생장치 조립체(1Oi)는 그 구조 및 운영에 있어 도 7에 나타나 있는 동력발생장치 조립체(10g)와 유사하다.
다만, 동력발생장치 조립체(10i)에 있어, 슬롯화된 배출부(102)는 역시 몸체(50)와 연결되어 있지 않고, 그래서 몸체(50)와 함께 회전하지 않는다. 수압펌프(80) 또한 구조빔(72)과의 관계하에서 회전하지는 않는다. 슬롯화된 배출부(102)는 대신 구조빔(72)에, 지지체(84) 및 회전축(86)을 거쳐 연결되어 있고, 따라서 몸체(50)가 회전하는 동안 정지 상태로 남는다.
유압실린더(82)가 수압펌프(80)의 끝단에 연결되어, 수압펌프(80)를 늘이거나 또는 줄이는데 사용된다. 수압펌프(80)를 늘이면, 회전축(86), 지지체(84) 및 (끝단) 배출링(108)에 힘이 가해지고, 그래서, 슬롯화된 배출부(102)의 길이가 길어 진다. (그리고 직경은 작아진다) 슬롯화된 배출부(102)를 줄이려면(넓히려면), 수압펌프(80)를 이용하여 반대의 힘이 주어진다.
또한 회전축(86)이 고정 콘넥터(fixed connector)로 대체되면, 늘어나는 수압펌프(80)는 배출부 길이 만을 증가시킨다. 마찬가지로 수압펌프(80)에 가해지는 반대의 힘(reverse force)은 슬롯화된 배출부(102)를 줄이기만 한다.
본 발명의 바람직한 실시예를 기술하였지만, 이는 이 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 다양한 다른 형태로 응용하는 것이 가능할 것이다.
10 : 동력발생장치 조립체 (10a~i) 12 : 유체 흐름 14 : 날개부
14 : 날개부 16 : 머리부 18 : 꼬리부 20 : 회전축
22 : 빔 24 : 샤프트 26 : 머리부 베어링
28 : 꼬리부 베어링 36, 38 : 지지 케이블 40 : 표피 또는 망
44 : 나선형 날개 50 : 몸체 50a : 머리부분,
50b : 꼬리부분 50c : 중간부분 52 : 1차코일
54a : 2차코일 54b : 2차 전력코일 55 : 여기 전류
56, 57 : 자기장 58 : 발전장치 60, 62 : 자기 베어링
80 : 수압펌프 82 : 유압실린더 84 : 지지체 86 : 회전축
100 : 고정자 102 : 슬롯화된 배출부 104 : 갭
106 : 이격부

Claims (48)

  1. 유체 흐름으로부터의 운동에너지를 이용하여 전기 발전을 하는 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치는,
    유입되는 유체 흐름을 맞이하는 머리부와, 상기 머리부와 떨어져 유체 흐름의 방향에서 맞이하는 꼬리부와, 상기 머리부와 상기 꼬리부 사이에 연장된 회전축을 포함하는 날개부로 구성되고, 또한 상기 날개부는 상기 회전축 주위에 나선형으로 구비된 날개와, 상기 날개에 연결된 적어도 하나 이상의 마운팅부가 구비되고, 각 마운팅부는 그 회전축 주위에 날개부가 회전 가능토록 장착되고, 그래서 운용 시 동력발생장치 조립체를 통과하는 유체 흐름이 날개부와 상호작용으로 날개부를 회전 축 주위에서 회전토록 하며;
    또한 몸체를 포함하되, 몸체는 유체 흐름이 몸체로 유입되는 머리부분과, 유체 흐름이 몸체를 빠져나가는 꼬리부분 및 상기 머리부분과 꼬리부분을 연장한 중간부분을 포함하여 구성되고, 상기 중간부분은 머리부분으로부터 꼬리부분으로 가면서 작아지는 형상으로 되며; 또한
    적어도 하나의 1차 코일이 날개부와 연결되어, 날개부와 함께 회전하고, 상기 적어도 하나의 1차 코일은 동력이 공급되어 활성화되고, 날개부의 회전에 따라 전기 발전을 하는 적어도 하나의 정지 2차 코일과 상호 작용토록 된 것을 특징으로 하는 동력발생장치.
  2. 청구항 1의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치는 다수개의 1차 코일과, 날개의 끝 또는 그 인근에서 각 1차 코일과 연결된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  3. 청구항 1 또는 청구항 2의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치는 각 1차 코일과 전기적으로 연결되어, 각 1차 코일을 활성화하고, 각 1차 코일 둘레에 자기장을 유도하기 위한 전류 공급원이 포함된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  4. 청구항 1 또는 청구항 2의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치는 각 2차 코일과 전기적으로 연결되어, 각 2차 코일을 활성화하고, 각 1차 코일 둘레에 전류를 유도하는 자기장을 유도하기 위한, 전류 공급원이 포함된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  5. 청구항 1 내지 청구항 4중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치는 각 1차 코일이 활성화되면, 각 1차 코일과 자기적으로 소통(communicating) 하기 위한 적어도 하나의 정지 2차 코일이 더 포함된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  6. 청구항 5의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치에는, 다수개의 상기2차 코일이 포함된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  7. 유체 흐름으로부터의 운동에너지를 이용하여 전기 발전을 하는 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치는,
    유입되는 유체 흐름을 맞이하는 머리부와, 상기 머리부와 떨어져 유체 흐름의 방향에서 맞이하는 꼬리부와, 상기 머리부와 상기 꼬리부 사이에 연장된 회전축을 포함하는 날개부로 구성되고, 또한 상기 날개부는 상기 회전축 주위에 나선형으로 구비된 날개와, 상기 날개에 연결된 적어도 하나 이상의 마운팅부가 구비되고, 각 마운팅부는 그 회전축 주위에 날개부가 회전 가능토록 장착되고, 그래서 운용 시 동력발생장치 조립체를 통과하는 유체 흐름이 날개부와의 상호작용으로 날개부를 회전 축 주위에서 회전토록 하며;
    또한 몸체를 포함하되, 몸체는 유체 흐름이 몸체로 유입되는 머리부분과, 유체 흐름이 몸체를 빠져나가는 꼬리부분 및 상기 머리부분과 꼬리부분을 연장한 중간부분을 포함하여 구성되고, 상기 중간부분은 머리부분으로부터 꼬리부분으로 가면서 작아지는 형상으로 되며; 또한
    적어도 하나의 영구자석이 날개와 연결되어, 날개와 함께 회전하고, 상기 적어도 하나의 영구자석은, 날개부의 회전에 따라 전기 발전을 하는 적어도 하나의 정지 2차 코일과 상호 작용토록 된 것을 특징으로 하는 동력발생장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 날개부는, 날개부의 머리부와 꼬리부 사이를 연장하는 샤프트를 포함하고, 동 샤프트는 날개부의 회전축을 형성하는 길이 방향의 축을 구비하고, 또한 상기 날개부는 샤프트 위에 방사상으로 장착된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  9. 청구항 8의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 날개부는 샤프트 끝단 직전 에서 끝나, 각 샤프트의 단부에 제공되는 각 마운팅부와 결합 됨으로써, 상기 샤프트 및 날개부는 사용상 회동 가능하게 장착 및 지지되는 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  10. 청구항 8 또는 청구항 9 중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 각 마운팅부는, 샤프트에 장착된 베어링 요소를 포함하고, 동 베어링 요소는 지지체에 연결 적용되어 있어, 날개부가 지지체와의 관계에서 회전 가능토록 된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  11. 청구항 1 내지 청구항 10중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 날개는 다수개의 빔을 포함하고, 동 빔은 샤프트를 따라 나선형으로 길이 방향으로 간격이 떨어진 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  12. 청구항 11의 동력발생장치 조립체에 있어, 각 빔은 샤프트에 장착되고, 샤프트의 회전축 둘레에서 회전 가능하고, 날개부 핏치의 조정이 가능토록 된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  13. 청구항 11 또는 청구항 12중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 날개는, 각 쌍의 인접된 빔과 연결되고 그 길이를 따라 연장된 표피 또는 망을 더 포함하고, 따라서 날개는 각 빔의 핏치에 불구하고, 그 표면에서 방해 받지 않도록 된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  14. 청구항 1 내지 청구항 10중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 날개는 하나 이상의 연속된 나선형 날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  15. 청구항 1 내지 청구항 14중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 날개는, 측면도로 보면, 머리부로부터 꼬리부로 점점 가늘어지는 테이퍼(taper) 형상으로 된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  16. 청구항 1 내지 청구항 15중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치 조립체는 날개부의 머리부와 꼬리부 사이에 연장되고 끝부분이 뚫린 길다란 몸체를 포함하고, 동 몸체는 날개부와 연결되고 날개부를 감싸고 있어, 사용 시 몸체가 날개부와 함께 회전토록 된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  17. 청구항 16 의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 몸체는 머리부와 꼬리부를 구비한 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  18. 청구항 16 또는 청구항 17중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 몸체는 날개부의 날개의 각 끝단에 연결되어 있고, 동 몸체와 각 날개의 연결은 유체가 스며들지 않는 연결 형태인 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  19. 청구항 16 또는 청구항 17중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 날개는 다수개의 빔과 표피 또는 망을 포함하고, 각 표피 또는 망의 끝단은 몸체에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  20. 청구항 19의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 표피 또는 망과 몸체 간의 연결은 유체가 스며들지 않는 연결 형태인 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  21. 청구항 16 내지 청구항 20중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 사용 시 상기 유체 흐름은 날개와의 상호 작용으로 동력발생장치 조립체를 회전시키고, 따라서 몸체의 머리부로 들어가서 몸체의 꼬리부를 통해서 나오는 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  22. 청구항 16 내지 청구항 22중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 몸체는 얇은 벽체로 구성되고, 동 몸체의 머리부로부터 꼬리부 쪽 길이 방향을 따라서 축소되며, 동 축소는 날개부의 축소(tapering)와 상응하는 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  23. 청구항 16 내지 청구항 22중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 몸체는 다수 부분 구조 또는 일체 주형 구조인 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  24. 청구항 1 내지 청구항 23중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 몸체의 머리부분은 중간부분을 향하면서 작아지고, 꼬리부분은 중간부분과 멀어지면서 커져, 몸체는 중간부분이 줄어들어 길다란 목이 형성된 벤투리관 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  25. 청구항 23 또는 청구항 24중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 몸체는 원형 단면 속성을 지니고, 몸체의 머리부분과 꼬리부분은 벨 마우스(bell mouth) 형상으로 된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  26. 청구항 1 내지 청구항 25중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 각 마운팅부는 샤프트의 단부에 연결된 베어링 요소를 포함하고, 동 베어링 요소는 사용 시 고정된 지지체에 장착되어, 상기 동력발생장치 조립체가 지지체와의 관계 하에서 회전하는 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  27. 청구항 1 내지 청구항 26중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치 조립체는 몸체 앞쪽의 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  28. 청구항 1 내지 청구항 26중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치 조립체는 몸체 뒤쪽의 슬롯화된 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력발생장치.
  29. 청구항 28의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 슬롯화된 배출부는 몸체 꼬리부분에 인접하여 있는 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  30. 청구항 28 또는 청구항 29중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 슬롯화된 배출부는 몸체와 연결되고, 몸체와 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  31. 청구항 28 또는 청구항 29중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 슬롯화된 배출부는 몸체와 연결되지 않고, 몸체와 함께 회전하지 않는 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  32. 청구항 28 내지 청구항 31중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 슬롯화된 배출부는 다수개의 떨어져 있는 관 형태의 부분들로 구성된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  33. 청구항 28 내지 청구항 31중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 슬롯화된 배출부는 단일 구조이고, 그 속에 나선형 슬롯이 구비된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  34. 청구항 32 또는 청구항 33중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 슬롯화된 배출부는 몸체로부터 멀어지면서 그 직경이 커지는 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  35. 청구항 33 또는 청구항 34중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치 조립체는 슬롯화된 배출부의 축 길이를 변화시키는 드라이브 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  36. 청구항 33 또는 청구항 34중 어느 한 항의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치 조립체는 슬롯화된 배출부의 축 길이 및 방사상의 폭을 변화시키는 드라이브 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  37. 유체 흐름으로부터의 운동에너지를 이용하여 전기 발전을 하는 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치는,
    유입되는 유체 흐름을 맞이하는 머리부와, 상기 머리부와 떨어져 유체 흐름의 방향에서 맞이하는 꼬리부와, 상기 머리부와 상기 꼬리부 사이에 연장된 회전축을 포함하는 날개부로 구성되고, 또한 상기 날개부는 상기 회전축의 길이를 따라 떨어져서 다수 구비된 날개와, 상기 날개에 연결된 적어도 하나 이상의 마운팅부(mounting formation)가 구비되고, 각 마운팅부는 그 회전축 주위에 날개부가 회전 가능토록 장착되고, 그래서 운용 시 동력발생장치 조립체를 통과하는 유체 흐름이 날개부와 상호작용으로 날개부를 회전 축 주위에서 회전토록 하며;
    또한 몸체를 포함하되, 몸체는 유체 흐름이 몸체로 유입되는 머리부분과, 유체 흐름이 몸체를 빠져나가는 꼬리부분 및 상기 머리부분과 꼬리부분을 연장한 중간부분을 포함하여 구성되고, 상기 중간부분은 머리부분으로부터 꼬리부분으로 가면서 작아지는 형상으로 되며; 또한
    적어도 하나의 1차 코일이 날개부와 연결되어, 날개부와 함께 회전하고, 상기 1차 코일은 사용 시 날개부의 회전에 따라 전기 발전을 하는 적어도 하나의 정지 2차 코일과 상호 작용토록 된 것을 특징으로 하는 동력발생장치.
  38. 발전장치 설비에 있어, 동 설비는: 적어도 하나의 2차 코일과; 그리고 동력발생장치가 장착되는 지지체를 포함하되, 동력발생장치는 날개의 각 마운팅부에 의하여, 날개가 그 회전축 주위에서 회전하기 위한 지지체 위에 장착되고, 동력발생장치의 각 2차 코일은 마운팅부 위에 장착되는 것을 특징으로 하는 발전장치 설비
  39. 청구항 38의 발전장치 설비에 있어서, 상기 동력발생장치는 바다에 잠기도록 된 것을 특징으로 하는 발전장치 설비
  40. 청구항 38의 발전장치 설비에 있어서, 상기 동력발생장치는 강 또는 유체흐름 속에 잠기도록 된 것을 특징으로 하는 발전장치 설비
  41. 청구항 38의 발전장치 설비에 있어서, 상기 동력발생장치는 개방된 공간에 위치하고, 바람이 불 때 공기의 흐름에 노출되도록 된 것을 특징으로 하는 발전장치 설비
  42. 청구항 38내지 청구항 41의 발전장치 설비에 있어서, 상기 지지체는 유연한 요소(flexible elements)의 네트워크를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전장치 설비
  43. 청구항 42의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 유연한 요소(flexible elements)의 네트워크는 체인 또는 케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  44. 청구항 42또는 청구항 43의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 유연한 요소(flexible elements)의 네트워크는 몸체의 유입 측 끝 단이 유체 흐름의 방향과 반대로 정열 되도록 된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  45. 청구항 44의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 동력발생장치는 유체 흐름의 방향에 맞추어 스스로 정열하는 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  46. 청구항 42내지 청구항 45의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 유연한 요소(flexible elements)의 네트워크는 동력발생장치가 풍향 측정용 바람자루처럼 그 위에 장착된 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  47. 청구항 38내지 청구항 41의 동력발생장치 조립체에 있어서, 상기 지지체는 고형 요소(rigid elements)의 네트워크를 포함하는 고형구조인 것을 특징으로 하는 동력발생장치
  48. 유체를 배출하도록 구성된 추진장치 또는 펌프장치로서, 이 추진장치는:
    유입되는 유체 흐름을 맞이하는 머리부와, 상기 머리부와 떨어져 유체 흐름의 방향에서 맞이하는 꼬리부와, 상기 머리부와 상기 꼬리부 사이에 연장된 회전축을 포함하는 날개부로 구성되고, 또한 상기 날개부는 상기 회전축 주위에 나선형으로 구비된 날개와, 상기 날개에 연결된 적어도 하나 이상의 마운팅부(mounting formation)가 구비되고, 각 마운팅부는 그 회전축 주위에 날개부가 회전 가능토록 장착되고, 그래서 운용 시 동력발생장치 조립체를 통과하는 유체 흐름이 날개부와 상호작용으로 날개부를 회전 축 주위에서 회전토록 하며;
    또한 몸체를 포함하되, 몸체는 유체 흐름이 몸체로 유입되는 머리부분과, 유체 흐름이 몸체를 빠져나가는 꼬리부분 및 상기 머리부분과 꼬리부분을 연장한 중간부분을 포함하여 구성되고, 상기 중간부분은 머리부분으로부터 꼬리부분으로 가면서 작아지는 형상으로 되며; 또한
    적어도 하나의 1차 코일이 날개부와 연결되어, 날개부와 함께 회전하고, 상기 적어도 하나의 1차 코일은, 사용 시 적어도 하나의 정지 2차 코일에 가해진 전력에 반응하여 날개부를 회전시키는 상기 적어도 하나의 정지 2차 코일과 상호 작용토록 된 것을 특징으로 하는 추진장치.
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